2-2分子的空间结构(人教版2019选择性必修2)(解析版).docx

第二节 分子的空间结构
时间：40分钟
一、单选题(共40分)
1．能用来分析分子中的化学键及官能团信息的物理方法是
A．X射线衍射法 B．红外光谱法 C．核磁共振法 D．质谱法
【答案】B
【详解】不同的官能团红外光谱图不同，因此可以用红外光谱法分析分子中的化学键和官能团信息，故合理选项是B。
2．如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为

A．CH3COOCH2CH3 B．CH3CH2CH2COOH
C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCH2COOH
【答案】A
【分析】由红外光谱图可看出该分子中有不对称CH3-和-CH2-，含有C=O双键，C-O-C单键，因此该分子中有2个-CH3，1个-CH2-，书写C4H8O2的结构简式，据此解答。
【详解】A．A的结构简式为，分子中存在不对称—CH3、C—O—C和C=O，且分子式为C4H8O2，A符合题意；
B．B的结构简式为CH3CH2CH2—COOH，分子中只含有1个甲基，2个-CH2-，不存在C—O—C单键，B不符合题意；
C．C的结构简式为，分子中只含有1个甲基，2个-CH2-，C不符合题意；
D．D的结构简式为，分子中存在对称—CH3，不存在C—O—C单键，且含碳数为5，D不符合题意；
答案选A。
【点睛】一般根据红外光谱图或者核磁共振氢谱图等信息，可判断有机物中含有的化学键或者某些基团，然后与选项中的物质进行对比，即可筛选出答案。
3．以下有关杂化轨道的说法中错误的是
A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键
C．孤对电子有可能参加杂化
D．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现
【答案】B
【详解】A．ⅠA族元素原子最外层只有1个电子，与其它原子形成共价键时，只形成1个σ键，不可能有杂化轨道，故A正确；
B．杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能形成π键，故B错误；
C．杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，即孤对电子有可能参加杂化，故C正确；
D．p轨道只有3个方向不同的轨道，与1个s轨道最多形成sp3杂化，不可能有sp4出现，故D正确；
答案选B。
4．是一种无色剧毒气体，其分子结构和相似，P-H键的键能比N-H键的键能小。下列判断错误的是
A．的分子结构为三角锥形
B．分子中的原子最外层电子不都满足8e-结构
C．的沸点低于，因为P-H键的键能低
D．分子稳定性弱于分子，因为N-H键的键能大
【答案】C
【详解】A．与结构相似，均为三角锥形，A正确；
B．分子中的氢原子最外层电子只满足结构，B正确；
C．和的熔、沸点高低取决于分子间作用力的大小，与共价键的键能大小没有直接关系，的沸点低于，是因为分子间存在氢键，C错误；
D．分子稳定性弱于分子，是因为键的键能大，D正确；
故选C。
5．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是
A．若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形
B．若AB3分子中的价电子个数为24个，则AB3分子可能为平面正三角形
C．若为A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形
D．若AB3分子为三角形锥形，则AB3分子一定为NH3
【答案】B
【详解】A．若为PCl3，含有3个键和一对孤电子对，P采取sp3杂化，则分子为三角锥形，故A错误；
B．BCl3满足要求，根据价层电子对互斥理论可知BCl3价层电子对为3，B采取sp2杂化，其分子为平面正三角形，故B正确；
C．若分子为SO3，根据价层电子对互斥理论可知SO3价层电子对为3，S采取sp2杂化，则为平面正三角形，故C错误；
D．分子不一定为NH3，也可能为NF3等，故D错误；
故答案为B。
6．下列说法中正确的是（    ）
A．NO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5°
C．NH4＋的电子式为，离子呈平面正方形结构
D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
【答案】D
【详解】A. 分子原子的最外层电子都满足了 电子稳定结构，故A错误；
B. P4的空间结构为，键角是 ，故B错误；
C. 中心原子N采取杂化，呈正四面体型结构，故C错误；
D. 分子中，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对对成键电子对的排斥力，所以 分子中有对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强，故D正确；
故答案选D。
7．徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是
A．H2O2分子中的O为sp2杂化 B．CO2 分子中C原子为sp杂化
C．BF3分子中的B原子sp3杂化 D．CH3COOH分子中C原子均为sp2杂化
【答案】B
【分析】A、H2O2分子中氧原子形成2个σ键，含有2对孤电子对；
B、CO2 分子中C原子形成2个σ键，没有对孤电子对；
C、BF3分子中的B原子的最外层电子数3，形成3个σ键，没有对孤电子对；
D、CH3COOH分子中甲基中碳原子形成4个σ键，没有孤对电子，采取sp3杂化；
【详解】A、H2O2分子中氧原子形成2个σ键，含有2对孤电子对，采取sp3杂化，故A错误；
B、CO2 分子中C原子形成2个σ键，没有孤电子对，采取sp杂化，故B正确；
C、BF3分子中的B原子的最外层电子数3，形成3个σ键，没有孤电子对，采取sp2杂化，故C错误；
D、CH3COOH分子中有2个碳原子，其中甲基上的碳原子形成4个σ键，没有孤对电子，采取sp3杂化，故D错误；
故选B。
8．下列分子或离子中键角由大到小排列的是
①BCl3     ②NH3    ③H2O     ④PCl4+ ⑤BeCl2
A．⑤④①②③ B．④①②⑤③ C．⑤①④②③ D．③②④①⑤
【答案】C
【分析】根据VSEPR理论和杂化轨道理论判断分子或离子的空间构型和键角。
【详解】①BCl3，根据VSEPR理论，配位原子个数为BP=3，孤电子对数为LP==0，则价电子对数为VP=BP+LP=3+0=3，根据杂化轨道理论，中心B原子为sp2杂化，键角为120°；
②NH3，根据VSEPR理论，配位原子个数为BP=3，孤电子对数为LP==1，则价电子对数为VP=BP+LP=3+1=4，根据杂化轨道理论，中心N原子为sp3杂化，理论上正四面体构型键角为109°28′，由于NH3分子中孤电子对存在，孤电子对斥力大于键合电子对斥力，使键角＜109°28′；
③H2O，根据VSEPR理论，配位原子个数为BP=2，孤电子对数为LP==2，则价电子对数为VP=BP+LP=2+2=4，根据杂化轨道理论，中心O原子为sp3杂化，理论上正四面体构型键角为109°28′，由于H2O分子中存在两对孤电子对，且孤电子对斥力大于键合电子对斥力，且存在两对孤电子对，使得键角比NH3分子的键角还小；
④PCl4+，根据VSEPR理论，配位原子数为BP=4，孤电子对数为LP==0，则价电子对数为VP=BP+LP=4+0=4，根据杂化轨道理论，中心P原子为sp3杂化，键角为109°28′；
⑤HgCl2，根据VSEPR理论，配位原子数为BP=2，孤电子对数为LP==0，则价电子对数为VP=BP+LP=2+0=2，根据杂化轨道理论，中心Hg原子为sp杂化，键角为180°；
综上，键角由大到小的顺序为⑤①④②③，答案选C。
【点睛】本题考查价层电子对互斥理论和杂化轨道理论判断分子空间构型和键角，需明确孤电子对斥力大于键合电子对斥力．题目难度不大，是基础题。
9．下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是
A．和 B．和
C．和 D．和
【答案】C
【详解】A. 中心原子的价电子对数=2+=3，含有一个孤对电子对，空间构型为V型，中心原子的价电子对数=4+=4，没有孤对电子对，空间构型为正四面体，选项A错误；
B. 中心原子的价电子对数=3+=4，含有一个孤对电子对，空间构型为三角锥形，中心原子的价电子对数=3+=4，含有一个孤对电子对，空间构型为三角锥形，选项B错误；
C. 中心原子的价电子对数=3+=3，没有孤对电子对，空间构型为平面三角形，中心原子的价电子对数=3+=3，没有孤对电子对，空间构型为平面三角形，选项C正确；
D. 中心原子的价电子对数=4+=4，没有孤对电子对，空间构型为正四面体，中心原子的价电子对数=4+=4，没有孤对电子对，空间构型为正四面体，选项D错误。
答案选C。
10．顺铂是1969年发现的第一种具有抗癌活性的金属化合物；碳铂是顺式-1，1-环丁烷二羧酸二氨合铂(Ⅱ)的简称，属于第二代铂族抗癌药物，结构简式如图所示，其毒副作用低于顺铂，下列说法正确的是

A．碳铂分子中所有碳原子在同一个平面内
B．顺铂分子中氮原子的杂化方式是
C．碳铂分子中杂化的碳原子与杂化的碳原子数之比为
D．1个1，1-环丁二羧酸()分子中含有键的数目为12
【答案】C
【详解】A．碳铂中含饱和碳原子，6个碳原子不可能共平面，A错误；
B．顺铂分子中氮原子有3对σ键电子对，有1对孤电子对，其杂化方式是，B错误；
C．碳铂分子中酯基碳原子为杂化，而其他4个碳原子为杂化，C正确；
D．1，1-环丁二羧酸的结构中有4个饱和碳原子，和2个不饱和碳原子，则1个1，1-环丁二羧酸分子中含有18个键，D错误；
故选C。
二、多选题(共30分)
11．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是（　　）
A．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构
B．杂化轨道可用于形成σ键、π键或用于容纳未参与成键的孤电子对
C．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
【答案】B
【详解】A．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子可能是正四面体结构，如CH4，也可能不是正四面体结构，如H2O是V型分子，NH3是三棱锥型，正确；
B．杂化轨道只能用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对，不能用于形成π键，错误；
C．原子轨道发生杂化时，轨道数不变，但轨道的形状发生了改变，正确；
D． sp3杂化轨道夹角是109°28′；sp2杂化轨道夹角是120°；sp杂化轨道的夹角为180°，正确。
12．瑞德西韦是抗击新冠肺炎的主要药物之一，其结构如图所示，下列说法正确的是

A．瑞德西韦中N、O、P元素的电负性：O>N>P
B．瑞德西韦中的N-H键的键能大于O-H键的键能
C．瑞德西韦中所有N原子都采取杂化
D．瑞德西韦中含有键和大键
【答案】AD
【详解】A．一般来说，同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，则电负性：O>N，同主族元素自上而下，电负性逐渐减小，则电负性：N>P，故N、O、P元素的电负性：O>N>P，A项正确；
B．OH键的键长比NH键的短，所以OH键的键能大于NH键的键能，B项错误；
C．瑞德西韦中NC键上的N原子 采取杂化，C项错误；
D．该物质中单键均为键、苯环中含有键，D项正确；
故答案选AD。
13．多位化学家用简单的偶联反应合成了如下这个有趣的“纳米小人”分子。有关该分子的结构说法不正确的是

A．该分子中的C原子采取的杂化方式有：、、
B．该分子中的O原子采取杂化
C．“纳米小人”头部的所有原子不能在同一平面内
D．“纳米小人”手、脚部位的碳原子不杂化
【答案】D
【详解】A．该分子中碳碳三键上的C原子采取杂化，苯环上的C原子采取杂化，其他碳原子采取杂化，A正确；
B．该分子中的O原子有2对σ键电子对，有2对孤电子对，故其采取杂化，B正确；
C．“纳米小人”头部的C原子均为杂化，C原子与周围的H原子形成四面体，不在同一平面上，C正确；
D．“纳米小人”手、脚部位的碳原子都属于饱和碳原子，均采取杂化，D错误；
故选D。
14．SiCl4可发生水解反应，机理如下所示。下列说法错误的是

A．CCl4与SiCl4均是正四面体结构，稳定性SiCl4大于CCl4
B．CCl4与SiCl4均属于分子晶体，CCl4不能按照上述机理发生水解反应
C．SiCl4与H2O的中心原子均采取sp3杂化，键角：SiCl4大于H2O
D．基态Si原子核外有8种能量不同的电子
【答案】AD
【详解】A．Si原子半径比C原子半径大，Si-Cl键的键长比C-Cl键的键长长，Si-Cl的键能比C-Cl的键能小，稳定性SiCl4小于CCl4，故A错误；
B．C原子最外层为L层，没有d轨道接受水分子中的孤电子对，所以CCl4不能发生类似SiCl4的水解反应，故B正确；
C．SiCl4与H2O的中心原子价层电子对数均为4，中心原子均采取sp3杂化，但Si原子没有孤电子对，而O原子有2对孤电子对，孤电子对之间排斥力＞孤电子对与成键电子对之间排斥力＞成键电子对之间排斥力，故键角：SiCl4大于H2O，故C正确；
D．不同能级中电子能量不相同，同一能级中的电子能量相同，基态Si原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，核外有5种能量不同的电子，故D错误；
故答案选AD。
15．六氟化硫分子呈正八面体形(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面有着广泛的用途，但扩散到空气中会引起温室效应。下列有关六氟化硫的推测正确的是

A．六氟化硫易燃烧生成二氧化硫
B．六氟化硫的空间结构说明分子世界的丰富多彩
C．六氟化硫分子中的都是σ键，且键长、键能都相等
D．六氟化硫分子中既含有极性键又含有非极性键
【答案】BC
【详解】A．中S为+6价，不能和反应生成，故A项错误；
B．六氟化硫的空间结构是正八面体形，结合部分已知分子的空间结构，说明分子结构是多样的，故B项正确；
C．该分子中的都是单键，即均为σ键，则键长、键能都相等，故C项正确；
D．分子中只有极性键，故D项错误；
故答案为：BC。
三、填空题(共30分)
16．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。请回答下列问题：
(1)基态氯原子核外未成对电子数为_______。
(2)氯吡苯脲分子中，氮原子的杂化类型为_______，碳原子的杂化类型为_______，该分子_______(填“是”或“不是”)手性分子。
(3)查阅文献知，可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应生成氯吡苯脲。反应方程式如下：
＋―→
反应过程中，每生成1mol氯吡苯脲，断裂_______个σ键、_______个π键。
(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键知识解释H2O比NH3稳定的原因：_______。
②CO2的水溶液中含有，则该阴离子的VSEPR模型名称为_______，中心原子的杂化类型为_______。
【答案】(1)1
(2)     sp2、sp3     sp2     不是
(3)     6.02×1023     6.02×1023
(4)     H—O键的键能大于H—N键的键能     平面三角形     sp2

【解析】（1）
根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1；
（2）
根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，属于sp3杂化；剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为sp2杂化；氯吡苯脲的结构中没有手性碳原子，该分子不是手性分子；
（3）
由于σ键比π键更稳定，根据反应方程式可以看出，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N=C键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键；故每生成1mol氯吡苯脲，断裂1mol σ键，断裂1mol π键，则断裂NA或6.02×1023个σ键，断裂NA或6.02×1023个π键。
（4）
①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O键的键能大于H—N键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。
② 分子中C原子的价层电子对数=，不含孤电子对，所以是平面三角形结构，C原子采用sp2杂化。
17．回答下列问题：
(1)化合物III也是一种汞解毒剂。化合物IV是一种强酸。下列说法正确的有_____。

A．在I中S原子采取sp3杂化
B．在II中S元素的电负性最大
C．在III中C－C－C键角是180°
D．在III中存在离子键与共价键
E.在IV中硫氧键的键能均相等
(2)汞解毒剂的水溶性好，有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物I与化合物III相比，水溶性较好的是_____。
(3)NH3、PH3、AsH3分子的键角分别为107.3°、93.3°、91.8°，其键角逐渐减小的原因是____。
(4)中含有各元素的电负性由小到大的顺序为____；该物质中，含有σ键和π键数目之比为____。
(5)在CO分子中每个原子均为8电子稳定结构，则C与O之间形成_____个σ键____个π键，在这些化学键中，O原子共提供了____个电子。
(6)乙腈(CH3CN)分子中碳原子的杂化类型有____，与N同周期的主族元素中，第一电离能大于N的有_____种，写出一种与N互为等电子体的分子的化学式_____，NO离子的立体构型是____。
(7)Mn、Fe均为第四周期过渡金属元素，两元素的部分电离能数据列于表：
元素
Mn
Fe
电离能/kJ•mol-1
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957

锰元素位于第四周期第VIIB族。请写出基态Mn2+的价电子排布式：_____，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2+再失去1个电子比气态Fe2+再失去1个电子难，对此你的解释是_____。
【答案】(1)D
(2)化合物III
(3)中心原子电负性越大，相应的键角就越大
(4)     H<C<N<O     5：1
(5)     1     2     4
(6)     sp3、sp     1     N2O或CO2     平面三角形
(7)     3d5     Mn2+价电子排布为3d5，处于半满状态，能量比较低，再失去一个电子需要的能量较大

【详解】（1）A．中S原子的价层电子对数=2+=4，因此S原子采取sp3杂化，故A正确；
B．中含有的元素为H、C、O、S、Hg，同周期元素从左至右元素的电负性逐渐增大，同主族元素从上至下元素的电负性逐渐减小，因此5种元素中电负性最大的为O元素，故B错误；
C．中C原子成键均为单键，因此C原子采取sp3杂化，所以C-C-C键角接近109º28’，故C错误；
D．中存在C-H、C-C、C-S、S=O、S-O、S-H共价键和 与Na+之间的离子键，故D正确；
E．在Ⅳ中存在硫氧单键和硫氧双键，硫氧键的键能不相等，故E错误；
正确答案选D。
（2）中羟基能与水分子之间形成分子间氢键，为易溶于水的钠盐，溶于水后电离出的 中O原子均能与水分子之间形成氢键，相同物质的量两种物质溶于水后， 形成的氢键更多，因此化合物III更易溶于水。
（3）NH3、PH3、AsH3分子均为三角锥形，结构相似，中心原子电负性越大，中心原子周围电子云密度越大，化学键之间的相互排斥作用越大，相应的键角就越大，而三者电负性大小顺序是：N>P>As，所以NH3、PH3、AsH3键角依次减小。
（4）中含有C、N、O、H，各元素的电负性由小到大的顺序为H<C<N<O；该物质中，含有20molσ键和4molπ键，因此σ键和π键数目之比为5:1；故答案为：H<C<N<O；5:1。
（5）在CO分子中，C与O之间形成碳氧叁键，存在1个σ键、2个π键，在这些化学键中，π键由氧原子提供孤电子对、碳提供空轨道，O原子共提供了4个电子。
（6）乙腈(CH3CN)分子的结构简式为：，根据形成4个单键判断杂化类型是，成三键判断是sp杂化，故答案为：、sp；与N同周期的主族元素中，第一电离能大于N的有F元素，按洪特规则氮元素处于半充满状态稳定，比氧元素的电离能大；根据原子数相等、价电子数也相等的微粒互为等电子体进行判断与N互为等电子体的分子的化学式N2O或CO2；NO离子的立体构型根据价层电子对互斥理论进行判断中心原子N采用sp2杂化，且形成三个共价键，故为平面三角形。
（7）锰元素位于第四周期第Ⅶ B族，则Mn原子的价电子排布式为3d54s2，则Mn2+的价电子排布式为3d5；Fe为26号元素，Fe原子的价电子排布式为3d64s2，Fe2+的价电子排布式为3d6，由Mn2+转化为Mn3+时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态需要的能量较多；而Fe2+转化为Fe3+时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态需要的能量相对要少，所以气态Mn2+再失去1个电子比气态Fe2+再失去1个电子难，故答案为：由Mn2+转化为Mn3+时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态需吸收能量。